thiên
văn học trong tiếng Việt là một từ Hán-Việt, nguyên gốc từ 天文学,
với thiên là trời, bầu trời; văn là phép luật, văn hoa, văn tự; học là nghiên
cứu, học tập. Trong một số ngôn ngữ phương Tây, như tiếng Anh, người ta dùng từ
astronomy, được dịch nghĩa là "luật của các ngôi sao" hay "văn
hóa của các ngôi sao" (phụ thuộc theo cách dịch) có nguồn gốc từ từ tiếng Hy Lạp
αστρονομία, astronomia, từ các từ άστρον (astron, "ngôi
sao") và νόμος (nomos, "luật hay văn hoá").
Sử dụng các thuật ngữ
"thiên văn học" và "vật lý học thiên thể"
Nói chung, cả "thiên văn học" hay "vật lý học thiên thể" đều có
thể được dùng để chỉ môn này. Dựa trên các định nghĩa chính xác của từ điển, "thiên văn học" để chỉ "việc nghiên cứu các vật thể và chủ đề
bên ngoài khí quyển Trái đất và các tính chất vật lý và hoá học của chúng"
và "vật lý học thiên thể"
để chỉ nhánh thiên văn học nghiên cứu "cách
thức, các tính chất vật lý, và các quá trình động lực của các thiên thể và hiện
tượng vũ trụ". Trong một số trường hợp, như trong phần giới thiệu của
cuốn sách hướng dẫn Physical Universe (Vũ trụ Vật lý) của Frank Shu, "thiên văn học" có thể được sử
dụng để miêu tả việc nghiên cứu định lượng của hiện tượng, trong khi "vật lý học thiên thể" được dùng để miêu tả vùng định hướng vật lý của
hiện tượng. Tuy nhiên, bởi hầu hết các nhà thiên văn học hiện đại nghiên cứu các chủ đề
liên quan tới vật lý, thiên văn học hiện đại thực tế có thể được gọi là vật lý
học thiên thể. Nhiều cơ quan nghiên cứu chủ đề này có thể sử dụng "thiên văn học" và "vật
lý học thiên thể", một phần dựa trên việc cơ quan của họ về lịch sử có
liên quan tới một cơ sở vật lý hay không, và nhiều nhà thiên văn học chuyên nghiệp thực tế đều có bằng cấp vật lý. Một trong những tờ báo khoa học hàng đầu trong lĩnh vực có tên gọi Thiên văn học
và Vật lý học thiên thể.
Lịch sử
Buổi đầu, thiên văn học chỉ bao gồm việc quan sát và dự đoán
các chuyển động của vật thể có thể quan sát được bằng mắt thường. Ở một số địa
điểm, như Stonehenge, các nền văn hoá đầu tiên đã lắp dựng
những dụng cụ quan sát to lớn có lẽ có một số mục đích thiên văn. Ngoài việc sử
dụng trong nghi lễ, các
đài quan sát thiên văn có thể được sử dụng để xác định mùa, một yếu
tố quan trọng để biết thời điểm canh tác, cũng như biết được độ dài của năm.
Trước khi các dụng cụ như kính thiên văn được chế tạo việc
nghiên cứu các ngôi sao phải được tiến hành từ các điểm quan sát thuận lợi có
thể có, như các toà nhà cao và những vùng đất cao với mắt thường. Khi các nền
văn minh phát triển, đáng chú ý nhất là Mesopotamia,
Hy
Lạp, Ai Cập, Ba Tư, Maya, Ấn
Độ, Trung Quốc, Nubia và thế giới Hồi giáo, các cuộc quan sát thiên văn
học đã được tổng hợp, và các ý tưởng về tính chất vũ trụ bắt đầu được khám phá.
Hoạt động thiên văn học sớm nhất thực tế gồm vẽ bản đồ các vị trí sao và hành
tinh, một ngành khoa học hiện được gọi là thuật đo
sao. Từ các quan sát này, những ý tưởng đầu tiên về những chuyển
động của các hành tinh được hình thành, và trạng thái của Mặt trời, Mặt trăng
và Trái đất trong vũ trụ đã được khám phá về mặt triết học. Trái đất được cho
là trung tâm của vũ trụ với Mặt trời, Mặt trăng và các ngôi sao quay quanh nó.
Điều này được gọi là mô hình Địa tâm của vũ trụ.
Một số phát hiện thiên văn học đáng chú ý đã được thực hiện
trước khi có kính viễn vọng. Ví dụ sự nghiêng
elíp được ước tính từ ngay từ năm 1000 trước Công Nguyên bởi các nhà thiên văn học Trung Quốc. Người
Chaldean đã phát hiện ra rằng nguyệt thực tái xuất
hiện trong một chu kỳ lặp lại gọi là saros. Ở thế kỷ thứ 2 trước Công Nguyên, kích
thước và khoảng cách của Mặt trăng được Hipparchus và các nhà thiên văn học Ả Rập sau này ước tính. Thiên hà Andromeda,
thiên hà gần nhất với Ngân hà, được nhà thiên văn học người Ba tư Azophi
phát hiện năm 964 và lần đầu tiên được miêu tả trong cuốn sách Book
of Fixed Stars (Sách về các định tinh) của ông. Sao siêu mới SN 1006, sự kiện sao có độ sáng biểu kiến
lớn nhất được ghi lại trong lịch sử, đã được nhà thiên văn học Ai Cập Ả Rập Ali ibn
Ridwan và các nhà thiên văn học Trung Quốc quan sát năm 1006.
Thiết bị thiên văn học sớm nhất được biết là cơ
cấu Antikythera, một thiết bị của người Hy Lạp cổ đại để tính
toán các chuyển động của các hành tinh, có niên đại từ khoảng năm 150-80 trước Công Nguyên, và là tổ tiên sớm nhất của một máy
tính tương tự thiên văn. Các thiết bị máy tính tương tự thiên văn
giống như vậy sau này đã được các nhà thiên văn học Ả Rập và Châu Âu sáng chế.
Trong thời Trung Cổ, việc quan sát thiên văn học hầu như đã
bị ngưng trệ ở Châu Âu Trung Cổ, ít nhất cho tới
thế kỷ 13. Tuy nhiên, thiên văn học đã phát triển mạnh ở thế giới Hồi giáo
và các vùng khác trên thế giới. Một số nhà thiên văn học Ả Rập đáng chú ý từng
thực hiện các đóng góp quan trọng cho ngành khoa học gồm Al-Battani,
Thebit,
Azophi,
Albumasar, Biruni,
Arzachel, trường Maragha, Qushji,
Al-Birjandi,
Taqi al-Din,
và những người khác. Các nhà thiên văn học trong thời kỳ này đã đưa ra nhiều tên Ả Rập hiện vẫn được sử dụng cho các ngôi sao riêng biệt. Mọi người cũng tin rằng các tàn tích
tại Đại
Zimbabwe và Timbuktu có thể chứa đựng một đài quan sát
thiên văn học. Người Châu Âu trước kia từng tin rằng
không hề có việc quan sát thiên văn học tại vùng Châu Phi hạ Sahara
thời Trung Cổ tiền thuộc địa nhưng những phát hiện gần đây cho thấy điều trái
ngược.
Phát triển khoa học
Trong thời Phục hưng, Nicolaus Copernicus
đã đề xuất một mô hình Nhật tâm
của hệ mặt trời. Công việc
của ông được ủng hộ, mở rộng và sửa chữa bởi Galileo Galilei và Johannes Kepler. Khám phá kính viễn vọng của
Galileo đã giúp đỡ rất nhiều cho những quan sát của ông.
Kepler là người đầu tiên sáng tạo một hệ thống miêu tả chính
xác các chi tiết chuyển động của các hành tinh với Mặt trời ở trung tâm. Tuy
nhiên, Kepler không thành công trong việc lập ra một lý thuyết cho những định
luật đã được ông viết ra. Phải tới khi Newton khám phá ra chuyển
động thiên thể và luật hấp dẫn các chuyển động của hành tinh cuối
cùng mới được giải thích. Newton
cũng đã phát triển kính
viễn vọng phản xạ.
Các khám phá thêm nữa đi liền với những cải thiện trong kích
thước và chất lượng kính thiên văn. Các catalogue sao chi tiết hơn được Lacaille lập ra. Nhà thiên văn học William Herschel đã thực hiện một cataloge chi
tiết về các cụm sao và tinh vân, và vào năm 1781 phát hiện ra hành tinh Sao Thiên Vương,
hành tinh mới đầu tiên được tìm thấy. Khoảng cách tới một ngôi sao lần đầu tiên
được thông báo năm 1838 khi thị sai của 61 Cygni
được Friedrich Bessel
đo đạc.
Trong thế kỷ mười chín, sự quan tâm tới vấn
đề ba vật thể của Euler, Clairaut,
và D'Alembert
đã dẫn tới những dự đoán chính xác hơn về chuyển động của Mặt trăng và các hành
tinh. Công việc này được Lagrange và Laplace
chỉnh sửa thêm nữa, cho phép tính toán cả trọng lượng của các hành tinh và vệ
tinh trong các nhiễu loạn của chúng.
Những tiến bộ quan trọng trong thiên văn học đến cùng sự xuất
hiện của kỹ thuật mới, gồm quang phổ
và chụp ảnh.
Fraunhofer đã
phát hiện khoảng 600 băng trong quang phổ Mặt trời năm 1814-15, mà, vào năm
1859, Kirchhoff quy cho
sự hiện diện của những nguyên tố khác nhau. Các ngôi sao được chứng minh tương
tự như Mặt trời của Trái đất, nhưng ở dải nhiệt độ, khối lượng và kích thước
khác biệt.
Sự tồn tại của
thiên hà của Trái đất, Ngân hà, như một nhóm sao
riêng biệt, chỉ được chứng minh trong thế kỷ 20, cùng với sự tồn tại của những
thiên hà "bên ngoài", ngay sau đó, sự mở rộng của vũ trụ, được quan sát thấy trong sự rời xa của
hầu hết các thiên hà khỏi chúng ta. Thiên văn học hiện đại cũng đã khám phá
nhiều vật thể kỳ lạ như các quasar, pulsar, blazar,
và thiên hà
radio, và đã sử dụng các quan sát đó để phát triển các lý thuyết vật
lý miêu tả một số vật thể đó trong các thuật ngữ của các vật thể cũng kỳ lạ như
vậy như các hố đen và sao neutron. Vật lý vũ trụ đã
có những phát triển vượt bậc trong thế kỷ 20, với mô hình Big Bang được các bằng chứng thiên văn học và vật
lý ủng hộ rộng rãi, như màn bức xạ vi sóng
vũ trụ, định luật Hubble,
và sự phong phú các nguyên tố vũ trụ.
Thiên văn học quan sát
Trong thiên văn học, thông tin chủ yếu được tiếp nhận từ việc khám phá
và phân tích ánh sáng nhìn thấy được
hay các vùng khác của bức xạ điện từ. Thiên văn học quan sát có thể được
phân chia theo vùng quan sát của quang
phổ điện từ. Một số phần của quang phổ có thể được quan sát từ bề
mặt Trái đất, trong khi những
phần khác chỉ có thể được quan sát từ các độ cao lớn hay từ vũ trụ.